二氧化钛中空微球的制备与应用研究

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1、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校

2、向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要无机中空微球比表面积大、密度低、具有独特的内部空间结构，日益受到研究者的关注。二氧化钛中空微球可以用于光催化、水处理、催化剂、显示材料、储氢能源、锂离子电池和染料敏化太阳能电池等多个领域，是一种极有应用前景和发展潜力的功能材料。本论文研究简便易操作的二氧化钛中空微球的制备方法及其在电泳显示和染料敏化太阳能电池领域中的应用性能。利用无皂乳液聚合法制得有机共聚物微球作为模板，以钛酸丁酯为前驱体制备核壳型复合微球

3、，经冷冻干燥，高温焙烧得到二氧化钛中空微球。考察了制备工艺对中空微球形貌的影响，确定了其工艺条件为：甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯的共聚物微球作为模板，加入有机共聚物微球质量10%的聚乙烯吡咯烷酮为分散剂，快速搅拌条件下加入钛酸丁酯，并滴加少量氨水，在30℃下进行反应，可以得到形貌优异的核壳型复合微球。经冷冻干燥处理，将核壳复合微球置于马弗炉中500℃的温度下焙烧3h，在空气气氛中得到白色的二氧化钛中空微球；而在氩气的惰性气氛中，得到黑色的二氧化钛-碳中空复合微球。通过原子力显微镜、透射电镜、扫描电镜、XRD、TGA和EDS等对微球进行分析表征，结果显示，

4、冷冻干燥处理可以防止中空微球的破碎，制备的二氧化钛中空微球的密度3为1.62g/cm，粒径在150~240nm，中空结构明显，晶型为锐钛矿型。二氧化钛3-碳中空复合微球密度在1.65~2.15g/cm，粒径150~240nm，且随着焙烧温度的升高，其晶型由锐钛矿型向金红石型转变，碳的含量也由28.83%升至40.17%。将制备的二氧化钛中空微球作为电泳粒子，应用于电泳显示领域。在异构烷2-1-1烃（Isopar）体系中，二氧化钛中空微球的电泳淌度值为-0.026cmVs，Zeta电位为−19.82mV，制备得到的微杯器件的对比度为8.7，响应时间为12

5、00ms。将制备的二氧化钛中空微球作为光阳极，可以有效地提高对太阳光的散射以及对染料的吸附能力，染料敏化太阳能电池的光电转化效率达到5.05%，较同等条件下以市售P25型二氧化钛为光阳极的光电转化效率提高20%。关键词：二氧化钛中空微球，中空复合微球，电泳显示，染料敏化太阳能电池1ABSTRACTHollowmicro-/nanostructurespossesscharacteristicssuchaslowdensity,highsurface-to-volumeratio,lowcoefficientsofthermalexpansionandl

6、owrefractiveindexthatmakethemattractiveforapplicationsrangingfromcatalystsupport,surfacecoatings,dye-sensitizedsolarcells(DSSC)andrechargeablebatteries.Hollowmicro/nanostructuresarousegreatinterestinmanycurrent.Inthispaper,Asimpleandconvenientwaytopreparetitaniahollowsphereisexp

7、loredandthepropertiesofthehollowsphereuseasdisplayparticlesinelectrophoreticandasphotoelectrodeinDSSCarecharacterize.Copolymercoreissynthesizedviaemulsifier-freeemulsionpolymerizationusingthecationicasinitiator.Core-shellstructuresuccessfullyformedbydepositetitaniumdioxide.After

8、calcinations,hollowspheresareobtainedwiththeave